Egy aerogél egy gél- , mint anyag , ahol a folyékony komponens helyébe gáz . Nagyon kis sűrűségű szilárd anyag , számos figyelemre méltó tulajdonsággal, beleértve a hőszigetelő képességét is .
Ez hozta létre a Steven Kistler a 1931 folyamán egy fogadást Charles Tanult a következő formában: „Ki lehet cserélni a folyadék belsejében egy üveg gél, gáz, anélkül, hogy visszahúzó?” " Kistler munkája arra késztette, hogy szilícium-dioxidot , alumínium-oxidot , króm ( III ) -oxidot vagy ón- oxidot alkosson . Aerogélek tagjai szén találták a korai 1990-es években .
2012- ben szintetizálták a polimereken alapuló aerogéleket . Előnyük, hogy mechanikai tulajdonságaik jobban megfelelnek az ipari felhasználásuknak.
Az Airgel legfeljebb 99,8% levegőből áll, amelynek szilárd anyag / aerogél térfogataránya 0,16 mg / cm 3 -re csökkenhet , ami a legutóbbi időkig ismert legkönnyebb szilárd anyaggá tette ( mikrorács , festékszóró ). Szinte teljesen átlátszó és tapintású, polisztirolra emlékeztet . Enyhén összenyomva nem hagy nyomot, erősebben megnyomva maradandó üreg marad. Erősen megnyomva ritka szerkezete hirtelen összeomlik, üvegként széttörik .
Bár hajlamos a szétszóródásra, súlyának több mint 2000-szeresét képes elviselni. Ez a képesség annak dendritikus mikrostruktúrájának köszönhető, hogy 2-5 nm átlagos méretű gömb alakú részecskék csoportokba olvadva egy nagyon porózus háromdimenziós láncszerkezetet alkotnak ( fraktál alakúak ), amelyek pórusai kisebbek, mint 100 nm . A gyártás során a pórusméret és az átlagos sűrűség beállítható.
Az aerogél figyelemre méltó szigetelés, mert szinte teljesen leállította három hőterjedési módszert ( hővezetés , hősugárzás és konvekció ). Jó konvektív inhibitor, mert a levegő nem tud keringeni a szerkezet hálóján. A szilícium-aerogél jó vezető szigetelő A szilícium-dioxidnak köszönhetően, amely rossz hővezető. Másrészt a fémes aerogél jobb hővezető. A szén-aerogél jó szigetelő a sugárzásnak, mert a szén elnyeli az infravörös sugárzást, amely átadja a hőt. A leginkább szigetelő aerogél a szilícium-dioxid aerogél, hozzáadott szénnel (majdnem háromszor jobban szigetelő, mint az üveggyapot). Lehetséges tovább javítani az aerogélek szigetelő képességét azáltal, hogy részlegesen kiürítik őket a levegőből (kevesebb, mint 0,01 atm ).
Higroszkópos jellege miatt az aerogél tapintva száraznak érzi magát, és kiszárad. Mivel főleg levegőből áll, félig átlátszónak tűnik. Színe a látható fény legkisebb hullámhosszának Rayleigh-féle szóródásának köszönhető a dendrit szerkezet nanométeres méretén keresztül. Emiatt kékesnek tűnik, ha sötét felület előtt van, és fehéresnek világos felület előtt.
Kísérleteket végeztek az aerogél nulla gravitációban történő előállítására ( parabolikus repülés segítségével ). Ezután teljesen átlátszó.
Az aerogélek alapvetően hidrofilek , de felületük kémiai kezelése hidrofóbá válhat .
A legismertebb aerogél a szilícium-dioxid, de a kutatók biobázisú , esetleg szilícium- dioxidnál erősebb aerogélek előállítására törekednek .
Elvileg az aerogél gyártása abból áll, hogy a szilikagélt ( szilikagél-gél esetében) folyékony komponenst gázzal helyettesítjük. Technikailag a folyamat összetettebb. A gél szerkezete ugyanis összeomlik, ha egyszerűen megszárítják. Ez aztán porózussá válik és szétesik.
A gyakorlatban a hidrogélt , különösen a lágy kontaktlencsékhez használt szilikagéleket extrém hőmérséklet és nyomás alatt szárítják , és a vizet folyadékkal, például etanollal helyettesítik "prekurzor", szilícium-dioxid- alkoxid jelenlétében . Az alkoxid egyfajta katalizátor a reakcióhoz. Alkoholból és szilikonból áll. Képlete Si (OR) 4. Ez a reakció kovasavat eredményez:
Si (OCH 2 CH 3 ) 4 (foly.)+ 2H 2 O(liq.) → SiO 2 (szilárd)+ 4HOCH 2 CH 3 (foly.).A szilícium-dioxid stabil ásványi vegyület SiO 2 képlettel. Ezután jött egy szuperkritikus szárításnak nevezett folyamat ( angolul : szuperkritikus szárítás ). A termodinamikában a kritikus pont egy folyadékok és gázok közötti átmeneti fázis. Alapvetően a folyékony és a gőzállapot mikroszkóposan azonos: atomok vagy molekulák rendellenessége jellemzi őket. Van továbbá olyan nyomás és hőmérséklet (amelyet kritikusnak nevezünk), amelynél a folyadék-gőz együttélés görbéje hirtelen megszűnik. Ezen túl a test sem folyékony, sem gáznemű: folyékony fázis . Ezzel az eljárással távolítják el az alkoholt a gélből. Ez a művelet végezzük egy autoklávban a nyomás változik 50 és 60 bar, hőmérséklet 5 és 10 ° C-on , és 12 órán át 6 napig. A cél ezután megvalósul, a folyadékot gázzal helyettesítették anélkül, hogy a gél szerkezete összeomlana vagy térfogatában csökkenne.
Vannak eljárások az aerogél gyártására környezeti hőmérsékleten és nyomáson, de ezeket a gyártók egyelőre titokban tartják .
Az aerogél több funkciót is elvégezhet. Kereskedelmi szempontból az granulált formájú aerogéleket üveggel kombinálják a hőveszteség csökkentése érdekében. Miután többször tartózkodott a Vomit üstökösben , egy kutatócsoport felfedezte, hogy az aerogél nulla gravitációban történő előállítása olyan részecskéket eredményez , amelyek egységesebb méretűek és csökkentik a szilika-aerogélek Rayleigh-szórási hatását , így az aerogél átlátszóbb. Az átlátszó szilícium-dioxid-aerogélek nagyon alkalmasak lehetnek az épületek ablakaiból származó hőveszteség csökkentésére .
Nagy felülete miatt gyakran használják, például kémiai abszorberben az adszorpcióhoz . Ez a képesség katalizátorként és katalizátor transzporterként is nagy lehetőségeket rejt magában . Az aerogél részecskéket sűrítőszerként használják a festékekben és kozmetikumokban is .
Teljesítménye növelhető specifikus alkalmazásokhoz "adalékanyagok" hozzáadásával, ezáltal megerősítve annak szerkezetét és összekeverve az összetételeit. Ennek a megközelítésnek az alkalmazásával alkalmazási köre nagymértékben növelhető.
Az aerogéllemezek kereskedelmi célú gyártása a 2000-es években kezdődött . Ez a lemez szálerősítésű szilícium-dioxid-aerogél kompozit anyag, amely tartós és rugalmas anyaggá alakítja az aerogélt. A termék mechanikai és termikus tulajdonságai a rostok, az aerogél penész és az opálos adalékok választásától függően változnak.
Ban ben 2004. január, a Stardust szonda aerogél segítségével rögzíti a Wild 2 üstökös porát . Ezek a porszemcsék szilárd anyagokkal történő ütközéskor elpárolognak és gázokon átjutnak, de a léggél befogja őket. A NASA aerogélt is használt az űrhajósok által viselt űrruhák védelmére .
Ban ben 2014. október, A Bouygues Construction és a BASF német vegyész innovációs partnerséget írt alá annak érdekében, hogy közösen folytassák az alkalmazások fejlesztését a "Slentite" nevű poliuretán aerogél alapú termékek épületszigetelésének területén . Az anyag nagyon alacsony hővezető képessége , kevesebb, mint 0,016 W m -1 K −1 , lehetővé teszi egy hagyományos szigetelő, például ásványgyapot vagy polisztirol 25–50% közötti cseréjét , miközben biztosítja a környezet belső higrotermikus szabályozását . A bemutatott anyag egyéb előnyei között a2014. október 7, a pormentes vágás egyszerűsége és a termék magas mechanikai ellenállása. Nagyszabású alkalmazások még nincsenek itt, de a BASF reméli, hogy 2015-re kísérleti helyszínt talál.
A gyártási költség jelenleg Túl magas ahhoz, hogy az aerogél ipari méretben kerüljön forgalomba. 2014-ben, az ár az aerogél $ volt 1000 dollár az uncia , vagy közel 30 € / g , még mindig a sorrendben € 90 kocka 10 cm oldalon, vagy 1 liter .